專利名稱：一種制備氧化鉍薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備方法。
背景技術：
氧化鉍是一種先進的功能材料，是最重要的鉍化合物之一。氧化鉍既具有共價鍵的特性，又具有金屬鍵的特性；這種結構使氧化鉍具有介電性能優良、反射指數高，折射率高，禁帶寬度寬(2～3.96Ev)，光導和光致發光特性良好等許多獨特的物理性能。氧化鉍主要以α、β、γ、δ和ω等五種晶型存在，晶型不同，應用不同。其中，低溫燒結而成的α相氧化鉍相對穩定，應用比較廣泛。由氧化鉍組成的薄膜型材料已廣泛應用于電子陶瓷材料、電解質材料、光電材料、傳感器、導電玻璃、高溫超導材料、有毒氣體探測等領域中。目前，氧化鉍薄膜的制備方法主要有化學氣相沉積法、濺射法、脈沖激光沉積法、真空噴鍍法、常壓鹵化物化學蒸汽沉積法等方法。但是這些方法制備氧化鉍薄膜存在操作復雜、成本高、相組成復雜和膜層不均勻等缺點，難以滿足高性能新型材料的要求。近年來，國外報道一種以有機物三(2，2′-6，6′-四甲基庚烷-3，5-聚酯)合鉍為前驅體，用溶膠-凝膠法制備氧化鉍薄膜的方法。但該法的主要問題是原料成本較高，不適合工業化生產。

發明內容
本發明是為了解決目前制備氧化鉍薄膜的方法操作復雜、成本高、相組成復雜和膜層不均勻的問題，提供了一種制備氧化鉍薄膜的方法。本發明以一種價格低廉的無機鹽Bi(NO3)3·5H2O為前驅體，用溶膠-凝膠法制備氧化鉍薄膜的方法。本發明的制備方法如下a、將1～10g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在HNO3∶H2O體積比為1∶2～1∶20的硝酸溶液10～100ml中，再將1～5g的PEG 200(分子式HO(CH2CH2O)200H)和1～10g檸檬酸加入到上述溶液中，攪拌均勻；b、向經步驟a處理后的溶液中加入0.2～2g的OP(分子式t-Oct-C6H4-(OCH2CH2)xOH，x＝9～10)，攪拌1～10小時，即將上述溶液制成了溶膠；c、將清洗好的普通玻璃片浸入制好的溶膠中，浸泡1～15分鐘后，以1～10cm/min的速度提拉玻璃片；d、將經步驟c處理后的玻璃片在50～150℃的烘箱中烘干；e、將烘干后的玻璃片放在馬弗爐中進行燒結，將馬弗爐以1～10℃/min的速度升溫到200～300℃，在200～300℃條件下保溫0.5～2h，再加熱到320～400℃保溫0.5～2h，繼續加熱到450～600℃保溫0.5～3h；將燒結后的玻璃片自然冷卻到室溫后，即在玻璃片上制成了氧化鉍薄膜。
溶膠-凝膠技術是指金屬有機或無機化合物經過溶液、溶膠，再經熱處理而成氧化物或其他化合物固體的方法。本發明是以無機鹽Bi(NO3)3·5H2O為前驅體，硝酸的水溶液為溶劑，PEG200和檸檬酸為螯合劑，OP作為表面活性劑制成溶膠。經過高溫煅燒后，溶膠中的有機物受熱分解為二氧化碳和水蒸氣，生成氧化鉍薄膜。溶膠凝膠法的反應條件溫和，晶粒尺度可以控制，制作成本較低。用該法制備的氧化鉍薄膜呈透明狀，膜層致密，平整。微觀結構為多孔狀，粒度分布窄，粒徑為110-170nm，主要由α、β型氧化鉍組成。
本發明具有制備氧化鉍薄膜的方法操作簡單、成本低、相組成簡單和膜層均勻的優點。


圖1是利用具體實施方式
十一的方法制備氧化鉍薄膜的XRD譜圖，圖2是利用具體實施方式
十二的方法制備氧化鉍薄膜的XRD譜圖，圖3是利用具體實施方式
十三的方法制備氧化鉍薄膜的XRD譜圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式的制備方法如下a、將1～10g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在HNO3∶H2O體積比為1∶2～1∶20的硝酸溶液10～100ml中，再將1～5g的PEG 200和1～10g檸檬酸加入到上述溶液中，攪拌均勻；b、向經步驟a處理后的溶液中加入0.2～2g的OP，攪拌1～10小時，即將上述溶液制成了溶膠；c、將清洗好的普通玻璃片浸入制好的溶膠中，浸泡1～15分鐘后，以1～10cm/min的速度提拉玻璃片；d、將經步驟c處理后的玻璃片在50～150℃的烘箱中烘干；e、將烘干后的玻璃片放在馬弗爐中進行燒結，將馬弗爐以1～10℃/min的速度升溫到200～300℃，在200～300℃條件下保溫0.5～2h，再加熱到320～400℃保溫0.5～2h，繼續加熱到450～600℃保溫0.5～3h；將燒結后的玻璃片自然冷卻到室溫后，即在玻璃片上制成了氧化鉍薄膜。
具體實施方式
二本實施方式在步驟a中的硝酸溶液的HNO3∶H2O體積比為1∶2～1∶8。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式在步驟a中的硝酸溶液的HNO3∶H2O體積比為1∶9～1∶11。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式在步驟a中的硝酸溶液的HNO3∶H2O體積比為1∶12～1∶20。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式在步驟b中的OP中加入量為0.2～0.8g。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式在步驟b中的OP中加入量為0.9～1.0g。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式在步驟b中的OP中加入量為1.1～2.0g。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式在步驟d中的經步驟c處理后的玻璃片在50～95℃條件下烘干。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式在步驟d中的經步驟c處理后的玻璃片在100～120℃條件下烘干。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十本實施方式在步驟d中的經步驟c處理后的玻璃片在130～150℃條件下烘干。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十一本實施方式的制備方法如下a、將5g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在HNO3∶H2O體積比為1∶8的硝酸溶液20ml中，再將5g的PEG 200和10g檸檬酸加入到上述溶液中，攪拌均勻；b、向經步驟a處理后的溶液中加入0.2g的OP，攪拌3小時，即將上述溶液制成了溶膠；c、將清洗好的普通玻璃片浸入制好的溶膠中，浸泡3分鐘后，以6cm/min的速度提拉玻璃片；d、將經步驟c處理后的玻璃片在100℃的烘箱中烘干；e、將烘干后的玻璃片放在馬弗爐中進行燒結，將馬弗爐以1℃/min的速度升溫到200℃，在200℃條件下保溫0.5h，再加熱到350℃保溫0.5h，繼續加熱到450℃保溫1h；將燒結后的玻璃片自然冷卻到室溫后，即在玻璃片上制成了氧化鉍薄膜。
本實施方式制備的氧化鉍薄膜的呈透明狀，膜層致密；微觀結構為多孔狀，粒度分布窄，粒徑為110-140nm，主要由α、β型氧化鉍組成。
具體實施方式
十二本實施方式的制備方法如下a、將5g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在HNO3∶H2O體積比為1∶8的硝酸溶液50ml中，再將1g的PEG 200和5g檸檬酸加入到上述溶液中，攪拌均勻；b、向經步驟a處理后的溶液中加入2g的OP，攪拌5小時，即將上述溶液制成了溶膠；c、將清洗好的普通玻璃片浸入制好的溶膠中，浸泡3分鐘后，以3cm/min的速度提拉玻璃片；d、將經步驟c處理后的玻璃片在100℃的烘箱中烘干；e、將烘干后的玻璃片放在馬弗爐中進行燒結，將馬弗爐以5℃/min的速度升溫到250℃，在250℃條件下保溫1h，再加熱到350℃保溫1h，繼續加熱到550℃保溫1h；將燒結后的玻璃片自然冷卻到室溫后，即在玻璃片上制成了氧化鉍薄膜。
本實施方式制備的氧化鉍薄膜的呈透明狀，膜層致密，平整；微觀結構為多孔狀，粒度分布窄，粒徑大小130-160nm，主要由α、β型氧化鉍組成。
具體實施方式
十三本實施方式的制備方法如下a、將5g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在HNO3∶H2O體積比為1∶8的硝酸溶液80ml中，再將2g的PEG 200和8g檸檬酸加入到上述溶液中，攪拌均勻；b、向經步驟a處理后的溶液中加入2g的OP，攪拌10小時，即將上述溶液制成了溶膠；c、將清洗好的普通玻璃片浸入制好的溶膠中，浸泡5分鐘后，以5cm/min的速度提拉玻璃片；d、將經步驟c處理后的玻璃片在100℃的烘箱中烘干；e、將烘干后的玻璃片放在放馬弗爐中進行燒結，將馬弗爐以1℃/min的速度升溫到250℃，在250℃條件下保溫0.5h，再加熱到300℃保溫0.5h，繼續加熱到500℃保溫1h；將燒結后的玻璃片自然冷卻到室溫后，即在玻璃片上制成了氧化鉍薄膜。
本實施方式制備的氧化鉍薄膜的呈微黃色半透明狀，膜層致密，平整；微觀結構為多孔狀，粒度分布窄，粒徑大小150-170nm，主要由α、β型氧化鉍組成。
(參見圖1～圖3)利用具體實施方式
十一具體實施方式
十二和具體實施方式
十三的方法制備的氧化鉍薄膜在Bede D1 X-射線衍射儀(Cu靶Kα輻射，波長為0.15418nm，10～90°范圍掃描)上進行X射線衍射分析。由此可見利用本發明制備的氧化鉍薄膜主要由α、β型氧化鉍組成。
本發明具有制備氧化鉍薄膜的方法操作簡單、成本低、相組成簡單和膜層均勻的優點。
權利要求
1.一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于制備方法如下a、將1～10g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在HNO3∶H2O體積比為1∶2～1∶20的硝酸溶液10～100ml中，再將1～5g的PEG 200和1～10g檸檬酸加入到上述溶液中，攪拌均勻；b、向經步驟a處理后的溶液中加入0.2～2.0g的OP，攪拌1～10小時，即將上述溶液制成了溶膠；c、將清洗好的普通玻璃片浸入制好的溶膠中，浸泡1～15分鐘后，以1～10cm/min的速度提拉玻璃片；d、將經步驟c處理后的玻璃片在50～150℃的烘箱中烘干；e、將烘干后的玻璃片放在馬弗爐中進行燒結，將馬弗爐以1～10℃/min的速度升溫到200～300℃，在200～300℃條件下保溫0.5～2h，再加熱到320～400℃保溫0.5～2h，繼續加熱到450～600℃保溫0.5～3h；將燒結后的玻璃片自然冷卻到室溫，即在玻璃片上制成了氧化鉍薄膜。
2.根據權利要求1所述的一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于在步驟a中的硝酸溶液的HNO3∶H2O體積比為1∶2～1∶8。
3.根據權利要求1所述的一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于在步驟a中的硝酸溶液的HNO3∶H2O體積比為1∶9～1∶11。
4.根據權利要求1所述的一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于在步驟a中的硝酸溶液的HNO3∶H2O體積比為1∶12～1∶20。
5.根據權利要求1所述的一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于在步驟b中的OP中加入量為0.2～0.8g。
6.根據權利要求1所述的一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于在步驟b中的OP中加入量為0.9～1g。
7.根據權利要求1所述的一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于在步驟b中的OP中加入量為1.1～2g。
8.根據權利要求1所述的一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于在步驟d中的經步驟c處理后的玻璃片在50～95℃條件下烘干。
9.根據權利要求1所述的一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于在步驟d中的經步驟c處理后的玻璃片在100～120℃條件下烘干。
10.根據權利要求1所述的一種制備氧化鉍薄膜的方法，其特征在于在步驟d中的經步驟c處理后的玻璃片在130～150℃條件下烘干。
全文摘要
一種制備氧化鉍薄膜的方法，涉及一種制備方法。它解決了目前制備氧化鉍薄膜的方法操作復雜、成本高、相組成復雜和膜層不均勻的問題。本發明的方法如下a、將Bi(NO
文檔編號C03C17/23GK1944309SQ20061015098
公開日2007年4月11日 申請日期2006年11月2日 優先權日2006年11月2日
發明者吳曉宏, 秦偉, 何偉東, 王松 申請人:哈爾濱工業大學